Особенности деформирования структуры формованных изделий из целлюлозных волокон

УДК

676.16.022.6.031

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.2.119

Аннотация

Формованные изделия из растительных волокон (в соответствии с международной терминологией − molded pulp), являющиеся ресурсосберегающими и экологичными, в настоящее время все чаще используются в качестве альтернативной первичной упаковки и вспомогательных упаковочных средств взамен полимерных материалов. Сырьем для их изготовления служат волокна макулатуры, а также целлюлозные волокна, выделенные из древесины и однолетних растений. В качестве еще одного источника сырья для формованных изделий нами рассматриваются волокна из отходов грубого сортирования («сучковая масса»), образующиеся при производстве сульфатной лиственной или хвойной целлюлозы. Их количество может достигать до 0,5…1,0 % от брутто-массы целлюлозы после варки. Подобные отходы могут утилизироваться в многотопливных котлах с получением тепла и электроэнергии, повторно направляться на варку целлюлозы, подвергаться рафинированию с возвращением в основной производственный поток, а также использоваться в композиции технических и тароупаковочных картонов. Однако преимущественно они складируются на полигонах промышленных отходов предприятия. Одной из простых и востребованных разновидностей формованных изделий из волокон сучковой массы считаются ячейки для выращивания и посадки саженцев лесных культур с закрытой корневой системой. К таким ячейкам не предъявляются особые требования по качеству формования. Однако для успешного применения в практике лесовосстановления необходимы изучение и контроль комплекса их прочностных и деформационных свойств. Исследованы модельные лабораторные образцы формованных ячеек из волокон отходов грубого сортирования, подвергнутых рафинированию до степени помола от 16 до 20 ^оШР. Определены основные физико-механические характеристики материала изделий массой 1 м² 400 г при растяжении, сжатии и изгибе, а также характеристики при сжатии самих формованных изделий. Установлена линейная зависимость между деформационно-прочностными показателями формованных изделий и аналогичными показателями материала их стенок.

Сведения об авторах

А.В. Поташев¹, инж.
А.В. Гурьев¹, канд. техн. наук, доц.
И.Б. Филиппов², канд. техн. наук, гл. технолог – зам. директора по производству
В.Г. Мосеев², начальник производства целлюлозы
¹Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: a.potashev@narfu.ru, a.guriev@narfu.ru
²АО «Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат», ул. Мельникова, д. 1, г. Новодвинск, Архангельская область, Россия, 164900; e-mail: filippov.ilya@appm.ru, moseev.vadim@appm.ru

Ключевые слова

бумажное литье, волокно, целлюлоза, отходы грубого сортирования, растяжение, сжатие, изгиб

Источник финансирования

При выполнении исследований использовано оборудование Инновационно-технологического центра «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» (Северный (Арктический) федеральный университет им. М. В. Ломоносова), созданного при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Для цитирования

Поташев А.В., Гурьев А.В., Филиппов И.Б., Мосеев В.Г. Особенности деформирования структуры формованных изделий из целлюлозных волокон // Лесн. журн. 2019. № 2. С. 119–129. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.2.119

Литература

1. Комаров В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов: моногр. Архангельск: АГТУ, 2002. 440 с.
2. Пат. 2634235 Российская Федерация. Способ переработки отходов сортирования сульфатной целлюлозы в формованные изделия / А.В. Гурьев, А.В. Поташев; САФУ им. М.В. Ломоносова. № 2016144373; заявл. 11.11.2016; опубл. 24.10.2017.
3. Поташев А.В., Гурьев А.В. Физико-механические свойства структуры формованных изделий из отходов сортирования сульфатной целлюлозы // Системы, методы, технологии. 2017. № 3(35). С. 120–126. DOI: 10.18324/2077-5415-2017-3-120-126
4. Eagleton D.G., Marcondes J.A. Cushioning Properties of Moulded Pulp // Pack-aging Technology and Science. 1994. Vol. 7, iss. 2. Pp. 65–72. DOI: 10.1002/pts.2770070203
5. Gurav S.P., Bereznitski A., Heidweiller A., Kandachar P.V. Mechanical Properties of Paper-Pulp Packaging // Composites Science and Technology. 2003. Vol. 63, iss. 9. Pp. 1325–1334. DOI: 10.1016/S0266-3538(03)00104-0
6. Hoffmann J. Compression and Cushioning Characteristics of Moulded Pulp Pack-aging // Packaging Technology and Science. 2000. Vol. 13, iss. 5. Pp. 211–220. DOI: 10.1002/1099-1522(200009)13:5<211::AID-PTS515>3.0.CO;2-0
7. Ji H., Wang H. Short Span Compressive Stress-Strain Relation and Model of Molded Pulp Material // Key Engineering Materials. 2011. Vol. 450. Pp. 202–205. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.450.202
8. Ma X., Soh A.K., Wang B. A Design Database for Moulded Pulp Packaging Struc-ture // Packaging Technology and Science. 2004. Vol. 17, iss. 4. Pp. 193–204. DOI: 10.1002/pts.658
9. Wang Z.-W., Li X.-F. Effect of Strain Rate on Cushioning Properties of Molded Pulp Products // Materials and Design. 2014. Vol. 57. Pp. 598–607. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.01.019

Поступила 21.11.18

Ссылка на английскую версию:

Structure Deformation Features of Molded Pulp Products

UDC 676.16.022.6.031
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.2.119

Structure Deformation Features of Molded Pulp Products

A.V. Potashev¹, Engineer H-1601-2019, 0000-0002-7184-8338
A.V. Gur’ev¹, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor H-1586-2019, 0000-0002-3372-3286
I.B. Filippov², Candidate of Engineering Sciences, Chief Technologist – Deputy Director for Production
V.G. Moseev², Head of Pulp Production
¹Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: a.potashev@ narfu.ru, a.guriev@narfu.ru
²Arkhangelsk Pulp and Paper Mill, ul. Mel’nikova, 1, Novodvinsk, Arkhangelsk region, 164900, Russian Federation; e-mail: filippov.ilya@appm.ru, moseev.vadim@appm.ru

Molded pulp products in comparison with products made of traditional raw materials are resource saving and environmentally friendly. Nowadays, they are increasingly used as alternative primary package and auxiliary packaging materials instead of polymer materials. Waste paper fibers as well as cellulose fibers obtained from wood and annual plants are the raw materials for the manufacturing of such products. As another potential fiber source for molded products we consider fibers of coarse screening waste (screening) formed during the sulphate hardwood or softwood pulp production. These rejected materials are large-tonnage (up to 0.5 – 1.0 % of the gross weight after pulping). Such wastes can be disposed of in multi-fuel boilers with getting heat and electrical energy and then redirected to pulping, re-fined with afterward return to the main stock flow or used in the composition of different types of cardboard. However, they are mainly stored in industrial waste landfills of enterprises. Cells for growing and planting of forest crop seedlings with the closed root system can be considered as one of the simplest and most popular types of molded articles made of screening. These cells do not have special requirements for the quality of molding. However, in order to use molded articles efficiently for reforestation purposes, it is necessary to study the strength and deformation properties of the structure of molded articles made of various raw materials. Model laboratory samples of molded cells made of coarse screening waste fibers refined from 16 to 20 Shopper-Riegler grinding degrees were studied. The basic physicomechanical characteristics of the material of products with 400 g weight of 1 m2 under stretching, compression and bending, as well as the characteristics during compression of the molded products are determined. A linear dependence between deformation and strength characteristics of the molded articles and the similar characteristics of their wall’s material is detected.

Acknowledgements: The equipment of the Engineering and Innovation Center “Advanced Northern Bioresources Processing Technologies” (Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov) created with the financial support of the Russian Ministry of Education and Science was used.

For citation: Potashev A.V., Gur’ev A.V., Filippov I.B., Moseev V.G. Structure Deformation Features of Molded Pulp Products. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 2, pp. 119–129. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.2.119

Keywords: molded pulp, fiber, cellulose, coarse screening wastes, stretching, compression, bending.

REFERENCES

1. Komarov V.I. Deformation and Destruction of Fibrous Pulp and Paper Materials: Monography. Arkhangelsk, ASTU Publ., 2002. 440 p.
2. Gurev A.V., Potashev A.V. Method of Processing Waste Sorting of Sulphate Cellulose in Molded Products. Patent RF, no. 2634235, 2016.
3. Potashev A.V., Guryev A.V. Physico-Mechanical Properties of the Structure of Molded Articles from Sulfate Cellulose Screening Waste. Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2017, no. 3(35), pp. 120–126.
4. Eagleton D.G., Marcondes J.A. Cushioning Properties of Moulded Pulp. Packaging Technology and Science, 1994, vol. 7, iss. 2, pp. 65–72. DOI: 10.1002/pts.2770070203
5. Gurav S.P., Bereznitski A., Heidweiller A., Kandachar P.V. Mechanical Properties of Paper-Pulp Packaging. Composites Science and Technology, 2003, vol. 63, iss. 9, pp. 1325–1334. DOI: 10.1016/S0266-3538(03)00104-0
6. Hoffmann J. Compression and Cushioning Characteristics of Moulded Pulp Packaging. Packaging Technology and Science, 2000, vol. 13, iss. 5, pp. 211–220. DOI: 10.1002/1099-1522(200009)13:5<211::AID-PTS515>3.0.CO;2-0
7. Ji H., Wang H. Short Span Compressive Stress-Strain Relation and Model of Molded Pulp Material. Key Engineering Materials, 2011, vol. 450, pp. 202–205. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.450.202
8. Ma X., Soh A.K., Wang B. A Design Database for Moulded Pulp Packaging Structure. Packaging Technology and Science, 2004, vol. 17, iss. 4, pp. 193–204. DOI: 10.1002/pts.658
9. Wang Z.-W., Li X.-F. Effect of Strain Rate on Cushioning Properties of Molded Pulp Products. Materials and Design, 2014, vol. 57, pp. 598–607. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.01.019

Received on November 21, 2018